Die Zukunft der Produktion ist digital. Zu jedem Asset wird es ein digitales Abbild geben. Diese sind logisch miteinander vernetzt, tauschen Daten und Anweisungen und liefern digitale Services, die die physischen bei weitem übersteigen. Vernetzt und integriert entstehen hoch effiziente, cyberphysikalische Systeme, die uns Fertigung neu denken lassen. So viel zum Wunschszenario.

Leider finden wir im Shopfloor oft einen Flickenteppich, der es uns nicht erlaubt Konzepte von Industrie 4.0 flächendeckend umzusetzen. Es gibt eine Menge Einzellösungen, doch keine ganzheitliche Vernetzung und problembezogene Einzellösungen heben trotz ihres Kostenvorteils die Vorteile einer vernetzten Lösung bei weitem nicht auf. Und trotz aller Diskussionen zur digitalen Transformation, hinken wir in der deutschen Industrie hinterher. Dennoch ist es umsetzbar.

Shopfloor - Definition

Der Begriff "Shopfloor" kommt aus dem Englischen und steht für Hallenboden oder Fertigung: "the part of a factory where the products are manufactured" (Collins Dictionary). Am Ende geht es um den Ort der Wertschöpfung, um die Produktion. Im Shopfloor existiert traditionell eine eigene IT-Welt, in die die Unternehmens-IT kaum einen Einblick hat. Officefloor und Shopfloor sind somit entkoppelt. Wenn allerdings Ziele wie das Schaffen digitaler Prozesse, Nachhaltigkeit, Effizienz und Resilienz vorangetrieben werden sollen, stellt die Entkopplung eine große Hürde dar.

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Hier kommt das Thema Shopfloor-Management zum Einsatz. Dieses Konzept stammt aus dem Lean-Management. Es zielt darauf ab, die Produktionsprozesse kontinuierlich zu verbessern. Der Einsatz von innovativen Tools und Lösungen ermöglicht die Schaffung von Transparenz, Vernetzung, Predictive Analytics/Maintenance und noch vieles mehr.

Shopfloor Digitalisierung: Status Quo

Heute brechen viele Unternehmen die Digitalisierung des Shopfloors auf eine schlichte Betriebsdatenerfassung herunter. In der Produktion hört Innovation oft bei Predictive Maintenance auf. Man zieht sich an der Maschine Daten und wertet sie mit nicht integrierten Tools aus. Wartung und Instandhaltung ist aber nur ein kleiner Teil dessen, was sich als Nutzen ergibt, wenn Shop- und Officefloor integriert sind. Und es geht noch so viel mehr, wie es ein Artikel von Deloitte auf den Punkt bringt: "Mit den Möglichkeiten der KI-Algorithmen kann die Datenverarbeitung, -analyse und -visualisierung sowie die Maßnahmenausführung autonom, ohne menschlichen Aufwand, erfolgen. […] Somit können die Maschinen ihren eigenen Zustand kontinuierlich messen und optimieren."

Doch um an diesen Punkt zu kommen, bedarf es einiger Vorarbeit. Im Februar 2022 demonstrierte eine Studie von L2L die traurige Wahrheit: Nur 24 Prozent der Unternehmen haben eine Strategie für die digitale Transformation. Wenn es hier schon an den grundlegenden Basisarbeiten mangelt, ist der digitale Shopfloor noch weit entfernte Zukunftsmusik. Um die Anzahl der manuellen Prozesse in der Fertigung zu reduzieren, Qualität zu verbessern oder Ressourcen effizienter zu nutzen, brauchen wir Technologie, eine ganzheitliche Lösung beziehungsweise Vernetzung. Und vor allem brauchen wir ein Umdenken. Das mag zunächst überwältigend erscheinen, aber es ist machbar, wenn man mit kleinen Schritten vorangeht.

Step-by-Step zum digitalen Shopfloor

1. Vernetzung in kleinen Schritten
   Im Shopfloor gibt es traditionell eine eigene IT-Welt, in die die Unternehmens-IT keine Einblicke hat. Aus einem vernetzten Shopfloor resultieren Chancen: Nicht nur eine Verbesserung des Ist-Zustands, sondern auch für die produzierende Zukunft. Dabei geht es nicht nur um die technische Vernetzung des Shopfloors mit Sensoren und Aktoren, sondern auch um eine holistische Vernetzung von Office- und Shopfloor. Das verschafft einen ganzheitlichen Blick auf alle Prozesse, Kennzahlen und notwendige Entscheidungen. Denn dadurch werden Lösungen, wie das Tracken von CO2-Emmisionen bis auf das konkrete Produkt bezogen, möglich. Heute spricht keiner mehr über die Notwendigkeit eines SAP- oder ERP-Systems. Auf dem Shopfloor gibt es diese Diskussionen leider noch.
   
   Das Referenzarchitekturmodell für Industrie 4.0 fasst die Vision der Vernetzung wunderbar zusammen: "Den gesamten Lebenszyklus eines Produktes als umfassendes Modell darstellen zu können, wird durch die Digitalisierung der industriellen Produktion immer wichtiger. Modelle reduzieren komplexe Wirklichkeiten auf das Wesentliche […] Die Komplexität von Produktlebenszyklen nimmt vor allem dadurch zu, dass Entwickler, Hersteller, Zulieferer und Kunden sowohl in der Produktentwicklung als auch in der Fertigung zukünftig noch stärker vernetzt sein werden. […] Es muss die industrielle Produktion als Gesamtsystem modelliert werden, da die meisten Systemkomponenten indirekt vernetzt sind. Das Ziel einer solchen umfassenden Modellierung ist letztlich die Steigerung der Flexibilität im Fertigungsprozess bis zur möglichen Reduzierung der minimalen Stückzahl eines Produktes auf die Stückzahl eins" (vgl. Heidel et al. 2017).
   
   Leider ist diese Vision technologisch noch weit weg von der Realität, sodass wir Ansätze brauchen, um die Wirksamkeit einer Idee im Kleinen zu verproben. Ein Beispiel für eine solche Idee ist das digitale Typenschild, denn hier arbeiten wir mit wichtigen Kernkonzepten, die bereits einen eigenen Mehrwert schaffen. Das digitale Typenschild digitalisiert das althergebrachte Typenschild vollständig. Zudem ermöglicht es neue Services. Außerdem spart es Zeit und Kosten mit sofortigem Zugriff auf aktuelle Dokumente, Druck- und Logistikkosten entfallen, es ist weltweit lokalisiert verfügbar und komplett nachhaltig - Denn das digitale Typenschild schont Ressourcen und macht Papierdokumentation überflüssig.

2. Daten intelligent nutzen
   Gelingt der Move weg von papierbasierten Prozessen, mangelt es selten an Daten, doch an deren gewinnbringender Nutzung und Integration in wichtige Prozesse zur Optimierung. Als Folge der Vernetzung und der Verfügbarkeit von Sensoren und Aktoren, oder all dem, was wir unter IIoT verstehen, erhält man Daten, die entweder automatisiert, also intelligent, Prozesse steuern können, oder dabei helfen Entscheidungen vorzubereiten und zu treffen. Dadurch sammeln wir Informationen, die zum Beispiel für Energieeffizienz oder Predictive Maintenance genutzt werden können. Das bringt am Ende ein besseres Prozessverständnis und Rüstzeiten oder Auslastungsquoten können optimiert werden.
   Spannend wird es dann, wenn man Industrie 4.0 als Netz versteht und das Produkt nicht nur Ergebnis des Produktionsprozesses ist, sondern Bestandteil des Netzwerkes. Informationen aus der Nutzung des Produktes können direkt und unmittelbar nicht nur für die Schaffung neuer Services genutzt werden, sondern haben auch einen direkten Einfluss auf den Herstellungsprozess. So kann ein Unternehmen, wenn es empirisch erkennt, wie ein Produkt genutzt wird, beispielsweise die Qualität verbessern.

3. Shopfloor Skills aufbauen
   Oftmals haben Unternehmen noch keine Expertise in diesem Umfeld. Der Nachholbedarf an Fähigkeiten und Kompetenzen der Mitarbeiter muss erst einmal gedeckt werden. Learning-by-Doing ist mit Sicherheit genauso wichtig, doch Grundlagen, Bedeutung und Notwendigkeit sollten vorher korrekt vermittelt werden. Eine Möglichkeit bietet das von McKinsey ins Leben gerufene "Digital Capability Center" in Aachen, denn im November 2022 wurde es von einem Shopfloor-Modell ergänzt, der mobilen "Model Factory in a Box". Hier lernen Unternehmen den Umgang mit Sensorik, Robotik oder Advanced Analytics und können damit Barrieren für die digitale Transformation beseitigen.

4. Mindset verändern
   Oftmals vergessen wir die wohl wichtigste Voraussetzung: das richtige Mindset, um Schritt zu halten. So sagte Albert Einstein schon: "Probleme kann man niemals mit derselben Denkweise lösen, durch die sie entstanden sind." Er hat es damals schon erkannt. Das richtige Mindset sowie die dazugehörige Weiterentwicklung bestimmen den Erfolgskurs eines jeden Unternehmens. Wir brauchen das Verständnis, dass gestern schon veraltet ist und wir heute an morgen arbeiten müssen, weil es uns übermorgen sonst nicht mehr gibt. Die Bereitschaft für Innovation muss aus der Notwendigkeit geboren werden, das eigene Unternehmen an die Anforderungen des Marktes, auf die Zukunft, auszurichten.

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Schaffen wir also ein Umdenken in Richtung ganzheitlicher Vernetzung, schaffen wir auch die erfolgreiche Digitalisierung des Shopfloors. Und nicht nur das. Ein vollkommen vernetzter Shopfloor, integriert mit dem Officefloor, ist die Grundlage für eine Smart Factory. Ein weiterer Schritt in Richtung Zukunft. (bw)